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Hochleistungswerkstoffe - Polyimid

Aug 04, 2020

Hochleistungswerkstoffe - Polyimid



Mibils bietet Hochleistungs-Polyimid-Etiketten für PCBA an

I. Überblick


Als spezielles technisches Material wurde Polyimid in der Luftfahrt, Luft- und Raumfahrt, Mikroelektronik, Nanometer, Flüssigkristall, Trennmembran, Laser und anderen Bereichen weit verbreitet eingesetzt. In jüngster Zeit haben alle Länder die Forschung, Entwicklung und Verwendung von Polyimid als einen der vielversprechendsten technischen Kunststoffe im 21. Jahrhundert aufgeführt. Polyimid wurde aufgrund seiner hervorragenden Eigenschaften in Bezug auf Leistung und Synthese, ob als Strukturmaterial oder als Funktionsmaterial, seine enormen Anwendungsaussichten vollständig verstanden und wird als&"Problemlösungsexperte GG" bezeichnet. (Protion Solver) und glaubte, dass es ohne Polyimid keine Mikroelektronik-Technologie von&geben würde."

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Zweitens die Leistung von Polyimid


1. Gemäß der thermogravimetrischen Analyse von vollaromatischem Polyimid liegt die Zersetzungstemperatur im Allgemeinen bei etwa 500 ° C. Das aus Biphenyldianhydrid und p-Phenylendiamin synthetisierte Polyimid hat eine thermische Zersetzungstemperatur von 600 ° C, was eine der thermisch stabilsten Polymersorten ist.


2. Polyimid kann extrem niedrigen Temperaturen standhalten, z. B. nicht spröde und in flüssigem Helium bei -269 ° C gerissen.


3. Polyimid hat ausgezeichnete mechanische Eigenschaften. Die Zugfestigkeit von ungefüllten Kunststoffen liegt über 100 MPa, der Kapton-Film (Kapton) über 170 MPa und das Biphenylpolyimid (UpilexS) erreicht 400 MPa. Als technischer Kunststoff beträgt die Menge an elastischem Film normalerweise 3-4 Gpa, und die Faser kann 200 Gpa erreichen. Nach theoretischen Berechnungen kann die durch Phthalsäureanhydrid und p-Phenylendiamin synthetisierte Faser 500 Gpa erreichen, nach Kohlefaser an zweiter Stelle.

4. Einige Polyimidsorten sind in organischen Lösungsmitteln unlöslich und gegenüber verdünnten Säuren stabil. Die allgemeinen Sorten sind nicht hydrolysebeständig. Diese scheinbar mangelhafte Leistung macht Polyimid zu einem großen Unterschied zu anderen Hochleistungspolymeren. Das Merkmal davon ist, dass die Rohstoffe Dianhydrid und Diamin durch alkalische Hydrolyse gewonnen werden können. Beispielsweise kann für Kapton-Filme die Wiederfindungsrate 80% bis 90% erreichen. Durch Ändern der Struktur können auch Sorten erzeugt werden, die sehr widerstandsfähig gegen Hydrolyse sind, z. B. solche, die 500 Stunden lang bei 120 ° C kochen können.


5. Der Wärmeausdehnungskoeffizient von Polyimid beträgt 2 × 10-5-3 × 10-5 ° C, das thermoplastische Guangcheng-Polyimid beträgt 3 × 10-5 ° C und der Biphenyltyp kann 10-6 ° C erreichen. Bis zu 10-7 ° C.


6. Polyimid hat eine hohe Strahlungsbeständigkeit und seine Filmfestigkeitsretentionsrate beträgt 90% nach 5 × 109 rad schneller Elektronenbestrahlung.

7. Polyimid hat gute dielektrische Eigenschaften. Die Dielektrizitätskonstante beträgt ca. 3,4. Die Einführung von Fluor oder die Dispersion von Luftnanometern in Polyimid kann die Dielektrizitätskonstante auf etwa 2,5 reduzieren. Der dielektrische Verlust beträgt 10-3, die dielektrische Festigkeit beträgt 100-300 kV / mm, das thermoplastische Guangcheng-Polyimid beträgt 300 kV / mm und der Volumenwiderstand beträgt 1017 Ω / cm. Diese Eigenschaften können in einem weiten Temperatur- und Frequenzbereich immer noch auf einem hohen Niveau gehalten werden.


8. Polyimid ist ein selbstverlöschendes Polymer mit geringer Rauchrate.


9. Polyimid hat unter extrem hohem Vakuum nur eine sehr geringe Ausgasung.


10. Polyimid ist ungiftig, kann zur Herstellung von Geschirr und medizinischen Geräten verwendet werden und hält Tausenden von Desinfektionen stand. Einige Polyimide weisen auch eine gute Biokompatibilität auf. Beispielsweise sind sie bei Blutverträglichkeitstests und bei nichttoxischen In-vitro-Zytotoxizitätstests nicht hämolytisch.

  

3. Verschiedene Synthesemethoden:


Polyimid hat viele Arten und Formen und viele Synthesemöglichkeiten. Daher kann es gemäß verschiedenen Anwendungszwecken ausgewählt werden. Diese Flexibilität bei der Synthese ist auch für andere Polymere schwierig.

1. Polyimid wird hauptsächlich aus zweibasischem Anhydrid und Diamin synthetisiert. Diese beiden Monomere werden mit vielen anderen heterocyclischen Polymeren wie Polybenzimidazol, Polybenzoxazol, Polybenzothiazol, Polychinolin kombiniert. Im Vergleich zu Monomeren wie Chinolin und Polychinolin ist die Rohstoffquelle breit und die Synthese einfacher. Es gibt viele Arten von Dianhydriden und Diaminen, und verschiedene Kombinationen können Polyimide mit unterschiedlichen Eigenschaften erhalten.

2. Polyimid kann aus Dianhydrid und Diamin in einem polaren Lösungsmittel wie DMF, DMAC, NMP oder THE / Methanol-Mischlösungsmittel für die Niedertemperatur-Polykondensation hergestellt werden, um lösliche Polyaminsäure nach Filmbildung oder Schleudern zu erhalten. Beim Erhitzen auf etwa 300 ° C, es wird zu einem Ring dehydratisiert und in Polyimid umgewandelt; Essigsäureanhydrid- und tertiäre Aminkatalysatoren können auch zur chemischen Dehydratisierung und Cyclisierung zu Polyaminsäure gegeben werden, um eine Polyimidlösung und ein Pulver zu erhalten. Diamin und Dianhydrid können auch in Lösungsmitteln mit hohem Siedepunkt, wie Phenollösungsmitteln, erhitzt und polykondensiert werden, um in einem Schritt Polyimide zu erhalten. Darüber hinaus können Polyimide auch aus der Reaktion von zweibasischen Estern von vierwertigen Säuren und Diaminen erhalten werden; es kann auch von Polyaminsäure zu Polyisoimid und dann zu Polyimid umgewandelt werden. Diese Methoden erleichtern die Verarbeitung. Ersteres wird als PMR-Verfahren bezeichnet, das Lösungen mit niedriger Viskosität und hohem Feststoffgehalt erhalten kann und während der Verarbeitung ein Fenster mit niedriger Schmelzviskosität aufweist, das besonders für die Herstellung von Verbundwerkstoffen geeignet ist. Letzteres erhöht sich Um die Löslichkeit zu verbessern, werden während des Umwandlungsprozesses keine niedermolekularen Verbindungen freigesetzt.

3. Solange die Reinheit des Dianhydrids (oder der Tetraacid) und des Diamins qualifiziert ist, ist es unabhängig von der verwendeten Polykondensationsmethode leicht, ein ausreichend hohes Molekulargewicht zu erhalten. Die Zugabe von Einheitsanhydrid oder Einheitsamin kann auch das Molekulargewicht leicht steuern.

4. Polykondensation von Dianhydrid (oder Tetraacid) und Diamin, solange es ein äquimolares Verhältnis erreicht, kann die Wärmebehandlung im Vakuum das Molekulargewicht des festen niedermolekularen Präpolymers stark erhöhen, was die Verarbeitung und das Pulverisieren erleichtert Kommen Sie.

5. Es ist leicht, reaktive Gruppen am Kettenende oder an der Kette einzuführen, um aktive Oligomere zu bilden, wodurch wärmehärtbares Polyimid erhalten wird.

6. Verwenden Sie die Carboxylgruppe im Polyimid zur Veresterung oder Bildung eines Salzes und führen Sie eine lichtempfindliche Gruppe oder eine langkettige Alkylgruppe ein, um ein amphiphiles Polymer zu erhalten, das zur Herstellung von Photoresist- oder LB-Filmen verwendet werden kann.

7. Das allgemeine Verfahren zur Synthese von Polyimid erzeugt keine anorganischen Salze, was für die Herstellung von Isoliermaterialien besonders vorteilhaft ist.

8. Das Dianhydrid und Diamin als Monomere sind unter Hochvakuum leicht zu sublimieren, so dass es einfach ist, ein Dampfabscheidungsverfahren zu verwenden, um einen Polyimidfilm auf Werkstücken zu bilden, insbesondere auf Vorrichtungen mit unebenen Oberflächen.

Viertens die Anwendung von Polyimid:

  

Aufgrund der Eigenschaften der oben genannten Polyimide in Bezug auf Leistung und Synthesechemie ist es unter vielen Polymeren schwierig, ein so breites Anwendungsspektrum wie Polyimide zu finden, und sie haben in jeder Hinsicht eine äußerst herausragende Leistung gezeigt. .

1. Folie: Es ist eines der frühesten Produkte aus Polyimid, das zur Schlitzisolierung von Motoren und Kabelwickelmaterialien verwendet wird. Die Hauptprodukte sind DuPont Kapton, Ube Industries' Upilex-Serie und Zhongyuan Apical. Der transparente Polyimidfilm kann als flexible Basis für Solarzellen verwendet werden.

2. Farbe: Wird als Isolierfarbe für Magnetdraht oder als hochtemperaturbeständige Farbe verwendet.

3. Fortgeschrittene Verbundwerkstoffe: werden in Luft- und Raumfahrt-, Flugzeug- und Raketenkomponenten verwendet. Es ist eines der hochtemperaturbeständigsten Baumaterialien. Beispielsweise hat das US-amerikanische Überschall-Passagierflugzeugprogramm eine Geschwindigkeit von 2,4 m, eine Oberflächentemperatur von 177 ° C während des Fluges und eine erforderliche Lebensdauer von 60.000 Stunden ausgelegt. Berichten zufolge wurde festgestellt, dass 50% der Strukturmaterialien auf thermoplastischem Polyimid basieren. Die Menge an kohlefaserverstärktem Verbundmaterial für jedes Flugzeug beträgt etwa 30 t.

4. Faser: Der Elastizitätsmodul ist nach Kohlefaser an zweiter Stelle. Er wird als Filtermaterial für Hochtemperaturmedien und radioaktive Materialien sowie für kugelsichere und feuerfeste Gewebe verwendet.

5. Schaumkunststoff: Wird als Hochtemperatur-Wärmeisolationsmaterial verwendet.

6. Technische Kunststoffe: Es gibt Duroplaste und Thermoplaste. Thermoplaste können formgepresst oder spritzgegossen oder transfergeformt sein. Wird hauptsächlich für selbstschmierende, abdichtende, isolierende und strukturelle Materialien verwendet. Guangcheng-Polyimid-Materialien wurden auf mechanische Teile wie Kompressorrotoren, Kolbenringe und spezielle Pumpendichtungen aufgebracht.

7. Klebstoff: Wird als Hochtemperatur-Strukturklebstoff verwendet. Guangcheng-Polyimidklebstoff wurde als hochisolierende Vergussmasse für elektronische Bauteile hergestellt.

8. Trennmembran: Wird zur Trennung verschiedener Gaspaare wie Wasserstoff / Stickstoff, Stickstoff / Sauerstoff, Kohlendioxid / Stickstoff oder Methan usw. verwendet, um Feuchtigkeit aus Luftkohlenwasserstoff-Speisegas und Alkoholen zu entfernen. Es kann auch als Pervaporationsmembran und Ultrafiltrationsmembran verwendet werden. Polyimid ist aufgrund seiner Wärmebeständigkeit und Beständigkeit gegenüber organischen Lösungsmitteln bei der Trennung von organischen Gasen und Flüssigkeiten von besonderer Bedeutung.

9. Fotolack: Es gibt negative und positive Klebstoffe, und die Auflösung kann ein Submikron-Niveau erreichen. In Kombination mit Pigmenten oder Farbstoffen kann es in Farbfilterfilmen verwendet werden, was die Verarbeitungsverfahren erheblich vereinfachen kann.

10. Anwendung in mikroelektronischen Bauelementen: Als dielektrische Schicht zur Zwischenschichtisolierung kann sie als Pufferschicht Spannungen reduzieren und die Ausbeute verbessern. Als Schutzschicht kann es die Auswirkungen der Umgebung auf das Gerät verringern und die a-Partikel abschirmen, um den weichen Fehler des Geräts zu verringern oder zu beseitigen.

11. Orientierungsmittel für die Flüssigkristallanzeige: Polyimid spielt eine sehr wichtige Rolle im Orientierungsmittelmaterial von TN-LCD-, SHN-LCD-, TFT-CD- und zukünftigen ferroelektrischen Flüssigkristallanzeigen.

12. Elektrooptische Materialien: Als passive oder aktive Wellenleitermaterialien, optische Schaltmaterialien usw. verwendet, ist fluorhaltiges Polyimid im Kommunikationswellenlängenbereich transparent, und Polyimid als Matrix des Chromophors kann das Material verbessern. Die Stabilität.

  

Zusammenfassend ist es nicht schwer zu erkennen, warum sich Polyimid von den zahlreichen aromatischen heterocyclischen Polymeren abheben kann, die in den 1960er und 1970er Jahren auftraten, und schließlich zu einer wichtigen Art von Polymermaterial wird.

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5. Ausblick:


Polyimid wurde als vielversprechendes Polymermaterial anerkannt, und seine Anwendung in Isoliermaterialien und Strukturmaterialien nimmt zu. Es taucht in funktionellen Materialien auf und sein Potenzial wird noch erforscht. Nach 40 Jahren Entwicklung ist es jedoch noch keine größere Sorte geworden. Der Hauptgrund ist, dass die Kosten im Vergleich zu anderen Polymeren immer noch zu hoch sind. Daher sollte eine der Hauptrichtungen der Polyimidforschung auch in Zukunft darin bestehen, Wege zu finden, um die Kosten bei Monomersynthese- und Polymerisationsverfahren zu senken.


1. Synthese von Monomeren: Die Monomere von Polyimid sind Dianhydrid (Tetraacid) und Diamin. Das Syntheseverfahren von Diamin ist relativ ausgereift, und viele Diamine sind auch im Handel erhältlich. Das Dianhydrid ist ein relativ spezielles Monomer, außer dem Härter des Epoxidharzes wird es hauptsächlich zur Synthese von Polyimid verwendet. Pyromellitisches Dianhydrid und Trimellithsäureanhydrid können aus Mesitylen und Trimethylbenzol erhalten werden, die aus schwerem aromatischem Öl, das ein Produkt der Erdölraffinierung ist, durch Gas- und Flüssigphasenoxidation in einem Schritt extrahiert werden. Andere wichtige Dianhydride wie Benzophenondianhydrid, Biphenyldianhydrid, Diphenyletherdianhydrid, Hexafluordianhydrid usw. wurden durch verschiedene Verfahren synthetisiert, aber die Kosten sind sehr teuer, beispielsweise kann Hexafluordianhydrid mehr als ein Kilogramm erreichen. Zehntausend Yuan. Hochreines 4-Chlorophthalsäureanhydrid und 3-Chlorophthalsäureanhydrid wurden vom Changchun Institut für Angewandte Chemie der Chinesischen Akademie der Wissenschaften entwickelt und können durch Chlorierung, Oxidation und Isomerisierung von o-Xylol erhalten werden. Diese beiden Verbindungen können als Rohstoffe für die Synthese einer verwendet werden. Die Reihe der Dianhydride hat ein großes Potenzial zur Kostensenkung und ist ein wertvoller Syntheseweg.

2. Polymerisationsverfahren: Bei den derzeit verwendeten zweistufigen und einstufigen Polykondensationsverfahren werden alle hochsiedende Lösungsmittel verwendet. Der Preis für aprotische polare Lösungsmittel ist relativ hoch und es ist schwierig, sie zu eliminieren. Am Ende ist eine Hochtemperaturbehandlung erforderlich. Das PMR-Verfahren verwendet billige alkoholische Lösungsmittel. Thermoplastisches Polyimid kann auch direkt in einem Extruder mit Dianhydrid und Diamin polymerisiert und pelletisiert werden, es wird kein Lösungsmittel benötigt und die Effizienz kann stark verbessert werden. Es ist der wirtschaftlichste Syntheseweg, Chlorophthalsäureanhydrid ohne Dianhydrid zu verwenden, um direkt mit Diamin, Bisphenol, Natriumsulfid oder elementarem Schwefel zu polymerisieren, um Polyimid zu erhalten.

3. Verarbeitung: Der Anwendungsbereich von Polyimid ist so breit, und es gibt verschiedene Anforderungen an die Verarbeitung, wie z. B. Filmbildung mit hoher Gleichmäßigkeit, Schleudern, Aufdampfen, Submikronlithographie, tiefes vertikales Wandätzen, Ätzen, großflächig, großflächig Volumenformen, Ionenimplantation, Laserpräzisionsverarbeitung, Nano-Level-Hybridtechnologie usw. haben eine breite Welt für Polyimidanwendungen geöffnet.

Mit der weiteren Verbesserung der Verarbeitungstechnologie der Synthesetechnologie und der erheblichen Kostensenkung sowie den überlegenen mechanischen Eigenschaften und elektrischen Isolationseigenschaften wird das thermoplastische Polyimid sicherlich seine wichtigere Rolle im zukünftigen Materialbereich spielen. Das thermoplastische Polyimid ist aufgrund seiner guten Verarbeitbarkeit vielversprechender.